JP7226286B2 - ワイヤソーの運転再開方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤによるワークの切断に関し、特に、切断の中断時におけるワイヤソーの運転再開方法に関する。

従来、シリコンインゴットや化合物半導体インゴットなどからウェーハを切り出す手段として、ワイヤソーが知られている。このワイヤソーでは、例えば遊離砥粒方式では、複数のローラの周囲に切断用ワイヤが多数巻き掛けられることにより、ワイヤ列が形成されており、その切断用ワイヤが軸方向に高速駆動され、かつ、スラリが適宜供給されながらワイヤ列に対してワークが切り込み送りされることにより、このワークが各ワイヤの位置で切断され、同時に複数枚のウェーハを切り出すようにしたものである（特許文献１）。

ここで、図２に、一般的なワイヤソーの一例を示す。図２に示すように、このワイヤソー２０１は、主に、ワークＷを切断するためのワイヤ２０２（高張力鋼線）、ワイヤ２０２を巻き掛けた溝付ローラ１０３、ワイヤ２０２の張力を調整する張力調整機構１０４、切断されるワークＷを下方へ送り出す機構１０５、切断時にスラリを供給する機構２０６で構成されている。

ワイヤ２０２は、一方のワイヤリール１０７から繰り出され、トラバーサ１０８、プーリー１０９、張力調整機構１０４を経て、溝付ローラ１０３に３００～５００回程度巻き掛けられた後、もう一方の張力調整機構１０４’、プーリー１０９’、トラバーサ１０８’を経てワイヤリール１０７’に巻き取られている。

また、溝付ローラ１０３は鉄鋼製円筒の周囲にポリウレタン樹脂を圧入し、その表面に略一定のピッチで溝を切ったローラであり、巻き掛けられたワイヤ２０２が溝付ローラ駆動モータ１１０によって、一方向あるいは、予め定められた周期で軸方向に往復駆動できるようになっている。

ワイヤリール１０７、１０７’はワイヤリール駆動モータ１１１、１１１’によって回転駆動され、溝付ローラ駆動モータ１１０とワイヤリール駆動モータ１１１、１１１’の速度をそれぞれ制御することにより、ワイヤ２０２にかかる張力を調整することができる。

また、図２のワークＷを下方へ送り出す機構１０５は、図３のように、ワーク保持部１１２、ワークプレート１１３から構成されるワーク保持手段１１４を有しており、ワークプレート１１３には、ワークＷに貼り付けられた接合部材（ビーム）１２０を介してワークＷが接着される。

ワークＷ切断時には、ワークＷを下方へ送り出す機構１０５によってワークＷは保持されつつ相対的に押し下げられ、溝付ローラ１０３に巻き掛けられたワイヤ２０２からなるワイヤ列に対して送り出される。

このようなワイヤソー２０１を用い、ワイヤ２０２に張力調整機構１０４、１０４’を用いて適当な張力をかけて、ワイヤリール駆動モータ１１１、１１１’によりワイヤ２０２を軸方向に往復走行させながら、スラリを供給する機構２０６から供給されたスラリを供給し、ワークＷを下方へ送り出す機構１０５でワークを切り込み送りすることでワークを切断する。

ところで、ワイヤソーに用いられている鋼線ワイヤは、耐摩耗、耐張力性に富み、また、溝付ローラには、ワイヤの損傷を防ぐため所定硬度の樹脂ローラが使用されているが、ワイヤの経時的な摩耗や、疲労によってワークの切断時にワイヤが断線してしまい、ワークの切断を継続することができない場合がある。

このような場合、従来は、ワークの切り込みからワイヤを離脱させる離脱作業を行ってから断線箇所を新線と結線する。その後、結線箇所を回収側のワイヤリール１０７’まで送ってから、ワイヤの各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させ、ワイヤ列を断線時のワーク切り込み位置に配置し、ワークの切断を再開する方法が行われていた。

一方、図１に示すように、砥粒を含むスラリを使用せず、代わりにダイヤモンド砥粒等をワイヤの表面に固着した固定砥粒ワイヤ４０２を使用して、ワークを切断する方法も知られており、直径１５０ｍｍ程度以下の小直径インゴットの切断には一部で実用化している。

この固定砥粒ワイヤ４０２による切断では、図２に示した一般的なワイヤソー２０１における鋼線ワイヤ２０２の代わりに、図１に示しているように固定砥粒ワイヤ４０２を装着している。また、図２に示した一般的なワイヤソー２０１において供給するスラリを、図１に示したワイヤソー１０１では、砥粒が含まれない冷却水などのクーラントに変えた、クーラントを供給する機構１０６を含むワイヤソー１０１を用いている。このように、この固定砥粒ワイヤ４０２による切断では、一般的なワイヤソーをそのまま使用することができる。

固定砥粒ワイヤに関しても断線する場合があり、遊離砥粒ワイヤと同じように、ワークの切り込みからワイヤを離脱させる離脱作業を行い、断線箇所を新線と結線し、結線箇所を回収側のワイヤリール１０７’まで送り、ワイヤの各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させ、ワイヤ列を断線時のワーク切り込み位置に配置し、ワークの切断を再開する方法が必要となる。

特開平９－２６２８２６号公報

上記遊離砥粒を用いたワイヤソーの場合は、図４（ａ）に示すように、遊離砥粒Ｇの幅の分だけワイヤ２０２とワークＷとの間に隙間（クリアランス）ができるため、ワイヤの各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させ、ワイヤ列を断線時のワーク切り込み位置に配置することは比較的容易であった。しかし、図４（ｂ）に示すように、上記固定砥粒を用いたワイヤソーの場合、固定砥粒ワイヤ４０２とワークＷとの間には隙間が生じないため、ワイヤの各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させることが困難であるという課題があった。

また、ワイヤとワークとの引っ掛かりが大きい場合には、ワイヤ断線に至ることがある。ワイヤ断線が発生した場合には、もう一度ワイヤの結線作業などを行う手間が必要となり、また巻き掛け直す分の固定砥粒ワイヤが余分に必要になるなど損失が大きい。

本発明は、前述のような問題を鑑みてなされたもので、固定砥粒ワイヤを用いた、ワイヤソーによるワークの切断において、ワイヤの断線等の異常によって、途中で中断されたワークの切断を再開する場合でも、ワイヤをワークの切断位置に戻すことができ、しかも、切り込み位置へのワイヤの設置時に、ワイヤの断線が発生することがない、ワイヤソーの運転再開方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、表面に砥粒が固着された固定砥粒ワイヤを、複数の溝付ローラに巻き掛けることによってワイヤ列を形成し、前記固定砥粒ワイヤを軸方向に往復走行させながら、ワークを相対的に前記ワイヤ列に対して押し当てて切り込み送りし、前記ワークをウェーハ状に切断するワイヤソーの運転において、前記ワークの切断を前記ワークの途中で一旦中断した後、前記ワークの切断を再開する場合の運転再開方法であって、前記砥粒を磨耗させた前記固定砥粒ワイヤを、前記ワークの切断を中断した前記ワークの切り込み位置に配置し、前記ワークの切断を再開する、ワイヤソーの運転再開方法を提供する。

本発明のワイヤソーの運転再開方法であれば、固定砥粒ワイヤの砥粒を摩耗させることで、ワークとワイヤの間に隙間ができるため、ワイヤの各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させることが容易となり、切り込み位置へのワイヤの設置時に、ワイヤが断線することを抑制できる。

また、このとき、前記固定砥粒ワイヤの芯線の直径をＲ、新線である前記固定砥粒ワイヤの直径をＲ１、前記砥粒を磨耗させた後のワイヤの直径をＲ２とした時に、前記Ｒ２がＲ≦Ｒ２≦Ｒ＋（Ｒ１－Ｒ）×０．１ を満たす前記砥粒を摩耗させた前記固定砥粒ワイヤを、前記ワークの切断を中断した前記ワークの切り込み位置に配置し、前記ワークの切断を再開することが好ましい。

このような方法によれば、固定砥粒ワイヤの砥粒を摩耗させることで、ワークとワイヤの間に隙間ができるため、ワイヤの各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させることがより容易となり、ワイヤが断線することをより抑制できる。ワイヤ列を断線時のワーク切り込み位置に配置する時に、ワークと接触して引っ掛かりが発生しなくなり、ワーク切断面にソーマークが生じたり、Ｗａｒｐ品質を損なったりすることを抑制できる。

また、このとき、前記Ｒ２とは異なる、前記固定砥粒ワイヤの前記砥粒を磨耗させた後のワイヤ直径をＲ３とした時に、Ｒ３がＲ２＜Ｒ３≦Ｒ２＋（Ｒ１－Ｒ）×０．５ を満たす前記砥粒を摩耗させた前記固定砥粒ワイヤを、Ｒ２を満たす前記砥粒を摩耗させた前記固定砥粒ワイヤと供給する新線との間の位置に配置し、前記ワークの切断を再開することが好ましい。

このような方法によれば、固定砥粒ワイヤの砥粒を摩耗させることで、ワークとワイヤの間に隙間ができるため、切り込み位置へのワイヤの設置時に、ワイヤの各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させることがより容易となり、ワイヤが断線することをより抑制できる。ワイヤ列を断線時のワーク切り込み位置に配置する時に、ワークと接触して引っ掛かりが発生しなくなり、ワーク切断面にソーマークが生じたり、Ｗａｒｐ品質を損なったりすることを抑制できる。そしてさらに、ワイヤ直径の変化が小さくなり、切り込み時にワイヤへの負荷が急激に増大することがなくなるので、切断再開時の断線も防止することができる。

また、このとき、前記固定砥粒ワイヤに砥石を相対的に押し当てて、前記砥粒を摩耗させることが好ましい。

このような方法によれば、固定砥粒ワイヤ表面の固定砥粒を効果的に除去可能であり、ワイヤをワークの切断位置に戻すことがより容易になる。そのため、運転再開時に再断線が発生しないように、ワイヤ直径を制御することがより容易となり、ワークにワイヤが引っ掛かってソーマークが生じたり、ワークの品質を損なったり、ワイヤの断線が発生したりすることをさらに抑制できる。

また、このとき、前記砥石はＷＡ（Ｗｈｉｔｅ Ａｌｕｎｄｕｍ）砥石を用いることが好ましい。

このような砥石であれば、固定砥粒ワイヤ表面の固定砥粒を効果的に除去可能であり、ワイヤをワークの切断位置に戻すことがより容易になる。そのため、運転再開時に再断線が発生しないように、ワイヤ直径を制御することがより容易となり、ワークにワイヤが引っ掛かってソーマークが生じたり、ワークの品質を損なったり、ワイヤの断線が発生したりすることをさらに抑制できる。

以上のように、固定砥粒ワイヤの砥粒を摩耗させることで、ワークとワイヤの間に隙間ができるため、ワイヤの各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させることがより容易となり、切り込み位置へのワイヤの設置時に、ワイヤが断線することをより抑制できる。ワイヤ列を断線時のワーク切り込み位置に配置する時に、ワークと接触して引っ掛かりが発生しなくなり、ワーク切断面にソーマークが生じたり、Ｗａｒｐ品質を損なったりすることを抑制できる。そしてさらに、ワイヤ直径の変化が小さくなり、切り込み時にワイヤへの負荷が急激に増大することがなくなるので、切断再開時の断線も防止することができる。

固定砥粒方式のワイヤソーの一例を示す。 遊離砥粒方式のワイヤソーの一例を示す。 ワークを下方へ送り出す機構を示す。 ワークの切断を再開するために、ワークの切り込み位置にワイヤを配置した際の、ワークとワイヤの断面図を示す。

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

上述のように、固定砥粒を用いたワイヤソーの場合、固定砥粒ワイヤ４０２とワークＷとの間には隙間が生じないため、切り込み位置へのワイヤの設置時に、ワイヤの各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させることが困難であるため、ワイヤの断線が発生することがなくなるような方法が求められていた。

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、表面に砥粒が固着された固定砥粒ワイヤを、複数の溝付ローラに巻き掛けることによってワイヤ列を形成し、前記固定砥粒ワイヤを軸方向に往復走行させながら、ワークを相対的に前記ワイヤ列に対して押し当てて切り込み送りし、前記ワークをウェーハ状に切断するワイヤソーの運転において、前記ワークの切断を前記ワークの途中で一旦中断した後、前記ワークの切断を再開する場合の運転再開方法であって、前記砥粒を磨耗させた前記固定砥粒ワイヤを、前記ワークの切断を中断した前記ワークの切り込み位置に配置するワイヤソーの運転再開方法により、切り込み位置へのワイヤの設置時に、ワイヤの断線が発生することを抑制できることを見出し、本発明を完成した。

以下、図面を参照して説明する。

遊離砥粒方式を用いたワイヤソーの場合は、図４（ａ）に示すように、遊離砥粒Ｇの幅の分だけワイヤ２０２とワークＷとの間に隙間（クリアランス）ができるため、ワイヤの各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させ、ワイヤ列を断線時のワーク切り込み位置に配置することは比較的容易であった。しかし、上記固定砥粒方式を用いたワイヤソーの場合、図４（ｂ）に示すように、固定砥粒ワイヤ４０２とワークＷとの間には隙間が生じないため、ワイヤの各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させることが困難である。

そこで、本発明者は、表面に砥粒が固着された固定砥粒ワイヤを、複数の溝付ローラに巻き掛けることによってワイヤ列を形成し、前記固定砥粒ワイヤを軸方向に往復走行させながら、ワークを相対的に前記ワイヤ列に対して押し当てて切り込み送りし、前記ワークをウェーハ状に切断するワイヤソーの運転において、前記ワークの切断を前記ワークの途中で一旦中断した後、前記ワークの切断を再開する場合の運転再開方法であって、前記砥粒を磨耗させた前記固定砥粒ワイヤを、前記ワークの切断を中断した前記ワークの切り込み位置に配置し、前記ワークの切断を再開することを特徴とするワイヤソーの運転再開方法を見出した。

本発明のワイヤソーの運転再開方法であれば、固定砥粒ワイヤの砥粒を摩耗させることで、ワークとワイヤの間に隙間ができるため、ワイヤの各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させることが容易となり、しかも、切り込み位置へのワイヤの設置時に、ワイヤが断線することを抑制できる。

また、本発明者は、固定砥粒ワイヤの芯線の直径をＲ、新線である固定砥粒ワイヤの直径をＲ１、砥粒を磨耗させた後のワイヤの直径をＲ２とした時に、Ｒ２がＲ≦Ｒ２≦Ｒ＋（Ｒ１－Ｒ）×０．１ を満たす砥粒を摩耗させた固定砥粒ワイヤを、ワークの切断を中断したワークの切り込み位置に配置することで、ワイヤが断線することをさらに抑制できることを発見した。しかも、ワークと接触して引っ掛かりが発生しなくなり、ワーク切断面にソーマークが生じたり、Ｗａｒｐ品質を損なったりすることを抑制できる。

また、さらに調査を進めていく中で、ワーク切り込み位置に配置するまでに問題はないが、運転再開してすぐに再び断線が発生する場合があることがわかった。

断線した箇所を調べると、固定砥粒ワイヤの直径を、Ｒ２を満たすように摩耗させた部分と、新線との境付近がワークの中を通るタイミングで断線が発生していることがわかった。このことから、本発明者は、固定砥粒ワイヤを摩耗させた箇所と新線とでワイヤ直径が大きく異なった場合、その段差部の前後でワークへの切り込みが大きくなり、ワイヤへの負荷が急激に増大して断線が発生しているものと推測した。

そこで、本発明者は、運転再開時の再断線を防ぐ方法として、Ｒ２とは異なる、固定砥粒ワイヤの砥粒を磨耗させた後のワイヤ直径をＲ３とした時に、Ｒ３がＲ２＜Ｒ３≦Ｒ２＋（Ｒ１－Ｒ）×０．５ を満たす砥粒を摩耗させた固定砥粒ワイヤを、Ｒ２を満たす砥粒を摩耗させた固定砥粒ワイヤと供給する新線との間の位置に配置し、ワークの切断を再開するワイヤソーの運転再開方法を見出した。

このような方法によれば、ワイヤが走行してワークの中を通る時に、ワイヤ直径はＲ２⇒Ｒ３⇒新線の順で大きくなるため、Ｒ２⇒新線の順に係合させる場合よりもワイヤ直径の変化が小さくなり、切り込み時にワイヤへの負荷が急激に増大することなく、ワイヤ断線を防ぐことができる。

また、固定砥粒ワイヤを摩耗させるために、固定砥粒ワイヤに砥石を相対的に押し当てることが好ましい。また、砥石はＷＡ（Ｗｈｉｔｅ Ａｌｕｎｄｕｍ）砥石を用いることが好ましい。

このような運転再開方法であれば、固定砥粒ワイヤ表面の固定砥粒を効果的に除去可能であり、ワイヤをワークの切断位置に戻すことがより容易にでき、しかも、切り込み位置へのワイヤの設置時や運転再開時の再断線が発生しないように、ワイヤ直径を制御することが容易となる。

以下、本発明の実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１に示すようなワイヤソーを用いて、表１の共通条件にて円柱状のワークの切断を開始し、途中で切断を中断した。その後、ワイヤをワークの切り込みから離脱させ、ワイヤの未使用部がワークの位置に来るまでワイヤを回収側リールに送った。

（実施例１）
表２の砥石を用いて、表３の各条件になるようにワイヤを摩耗させてから、ワイヤの各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させて、ワイヤ列を切断中断時のワーク切り込み位置に配置することを試みた。

（比較例）
ワイヤを摩耗させることなく、ワイヤ各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させて、ワイヤ列をワークの切断中断時のワーク切り込み位置に配置することを試みた。

実施例１と比較例を行った結果、表４に示すように、比較例ではソーマークやワイヤ断線が発生した。実施例１に関しては、いずれの条件でもワイヤ断線は発生せず、「Ｒ≦Ｒ２≦Ｒ＋（Ｒ１－Ｒ）×０．１」を満たしている条件３～５はソーマークもワイヤ断線も発生しなかった。

（実施例２）
表２の砥石を用いて、表５の各条件になるようにワイヤを摩耗させてから、ワイヤの各列に対してワークの各切り込みを対応させて係合させて、ワイヤ列をワークの切断中断時のワーク切り込み位置に配置し、切断を再開させた。

実施例２の結果、表６に示すように、「Ｒ２＜Ｒ３≦Ｒ２＋（Ｒ１－Ｒ）×０．５」を満たす条件３～５では、運転再開時の断線の発生はなかった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１０１…ワイヤソー（固定砥粒方式）、
１０３…溝付ローラ、
１０４、１０４’…張力調整機構、
１０５…ワークを下方へ送り出す機構、
１０６…クーラントを供給する機構、
１０７、１０７’…ワイヤリール、
１０８、１０８’…トラバーサ、
１０９、１０９’…プーリー、
１１０…溝付ローラ駆動モータ、
１１１、１１１’…ワイヤリール駆動モータ、
１１２…ワーク保持部、
１１３…ワークプレート、
１１４…ワーク保持手段、
１２０…接合部材（ビーム）、
２０１…ワイヤソー（遊離砥粒方式）、
２０２…ワイヤ（高張力鋼線）、
２０６…スラリを供給する機構、
４０２…固定砥粒ワイヤ、
Ｗ…ワーク、
Ｇ…砥粒。

Claims (4)

1. 表面に砥粒が固着された固定砥粒ワイヤを、複数の溝付ローラに巻き掛けることによってワイヤ列を形成し、前記固定砥粒ワイヤを軸方向に往復走行させながら、ワークを相対的に前記ワイヤ列に対して押し当てて切り込み送りし、前記ワークをウェーハ状に切断するワイヤソーの運転において、
   前記ワークの切断を前記ワークの途中で一旦中断した後、前記ワークの切断を再開する場合の運転再開方法であって、
   前記砥粒を磨耗させた前記固定砥粒ワイヤを、前記ワークの切断を中断した前記ワークの切り込み位置に配置し、前記ワークの切断を再開する方法であって、
   前記固定砥粒ワイヤの芯線の直径をＲ、新線である前記固定砥粒ワイヤの直径をＲ１、前記砥粒を磨耗させた後のワイヤの直径をＲ２とした時に、前記Ｒ２がＲ≦Ｒ２≦Ｒ＋（Ｒ１－Ｒ）×０．１ を満たす前記砥粒を摩耗させた前記固定砥粒ワイヤを、前記ワークの切断を中断した前記ワークの切り込み位置に配置し、前記ワークの切断を再開する
   ことを特徴とするワイヤソーの運転再開方法。
2. 前記Ｒ２とは異なる、前記固定砥粒ワイヤの前記砥粒を磨耗させた後のワイヤ直径をＲ３とした時に、Ｒ３がＲ２＜Ｒ３≦Ｒ２＋（Ｒ１－Ｒ）×０．５ を満たす前記砥粒を摩耗させた前記固定砥粒ワイヤを、Ｒ２を満たす前記砥粒を摩耗させた前記固定砥粒ワイヤと供給する新線との間の位置に配置し、前記ワークの切断を再開することを特徴とする請求項１に記載のワイヤソーの運転再開方法。
3. 前記固定砥粒ワイヤに砥石を相対的に押し当てて、前記砥粒を摩耗させることを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤソーの運転再開方法。
4. 前記砥石としてＷＡ砥石を用いることを特徴とする請求項３に記載のワイヤソーの運転再開方法。

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